[发明专利]一种基于博弈论的网络控制系统调度方法

摘要

本发明公开了一种基于博弈论的网络控制系统调度方法，步骤为构建NCSs调度方法的非合作博弈模型；确定NCSs中各控制回路的效用函数；寻找最优调度策略；分析Nash均衡点的存在性和唯一性；运用混合自适应遗传算法求解该Nash均衡点；NCSs中的调度器按照Nash均衡点处的最优调度策略重新为每个控制回路分配网络资源。采用上述技术方案，不依赖于现有的网络资源调度机制，为网络的服务优化提供了依据；可保证网络资源能够得到充分利用，而且也能够确保各个控制回路之间公平合理的竞争，避免资源分配出现过多或过少的现象，从而在一定程度上提高了网络资源利用率。

主权项

一种基于博弈论的网络控制系统调度方法，其特征在于：所述的调度方法包括如下步骤：步骤1：根据网络控制系统NCSs调度问题的特性及对NCSs的数学描述，构建NCSs调度方法的非合作博弈模型；步骤2：根据所述的非合作博弈模型并结合NCSs自身特性和相关的调度参数，确定NCSs中各控制回路的效用函数；步骤3：寻找最优调度策略，等价于查找博弈模型的Nash均衡点；根据所确定的效用函数，结合Nash均衡存在性的判定条件，分析Nash均衡点的存在性和唯一性；步骤4：在明确NCSs调度非合作博弈模型存在唯一的Nash均衡点后，运用混合自适应遗传算法求解该Nash均衡点；步骤5：NCSs中的调度器按照Nash均衡点处的最优调度策略重新为每个控制回路分配网络资源；所述的构建NCSs调度方法的非合作博弈模型的方法是：设网络控制系统中共有n个控制回路，需要调度的回路集合为N＝{li|i∈[1,n]}；则NCSs网络调度的非合作博弈模型可定义为一个三元组，即G＝{N,S,Ui}，其中S是所有参与调度的控制回路的可行方案集S＝{si|si＝(pi,bi),1≤i≤N}，pi∈[pi,min,pi,max]是控制回路li可用的数据传输速率，pi,min是保证li能够正常工作的最低数据传输速率，pi,max是li最佳的数据传输速率；bi∈[pi,min,B]是调度器预分配给li的带宽，B是NCSs的总带宽，显然pi,max≤B和成立，aB是调度器预留给其它信息节点的带宽资源，其中0≤a≤1，ɑ为一比例系数；Ui为li的效用函数；且Ui是一个从可选传输数据传输速率和带宽值集合到实数集合R的映射：Ui→R；有且只有当时，li使用策略所取得的运行效率高于li使用策略si所取得的运行效率；所述的确定NCSs中各控制回路的效用函数的形式：基于所建的非合作博弈模型，各控制回路的效用函数Ui可表示如下：式中，ν≥2为自然数和ω≥2为偶数，是根据具体的控制情况预先设定的经验常量；是li可使用的平均带宽值，其中α≥1；是li可用数据传输速率与平均带宽值之间的最大偏差；当分配给li的带宽超过了其平均带宽值时，效用函数的值将呈现减小的趋势，这就反映了当某个控制回路要求较多的带宽资源时，其所得效用反而将越来越低，从而也保证了带宽资源分配的公平性。